ENF – Introduzione al Report Report sulle Tecnologie future

Introduzione al Report Report sulle Tecnologie future – 3rd Edition

Sintesi

ENF annuncia la terza Edizione del Rapport sule Tecnologie future e i suoi sorprendenti e originali risultati.

Quello fotovoltaico e' adesso un settore estremamente complesso ed in rapida espansione.Nello spazio di una decade e' diventato, da un ridotto e compatto segmento di supporto a poche tecnologie, a un settore dove ci sono oltre 30 percorsi di sviluppo paralleli, circa 300 laboratori di ricerca ed universita' che lavorano per spostare i confini della conoscenza dell'energia solare, ed oltre 10.000 aziende operanti ad ogni passo della catena del valore.

Tanta e' la complessita' e la rapidita' di questa evoluzione del settore che ENF ha considerato essenziale presentare questa 3 edizione dopo soli 18 mesi dalla pubblicazione della 2 edizione. L'analisi e' cresciuta da 5 sezioni a 12 e il numero di caratteri e' raddoppiato a 800,000, e comprende informazioni dettagliate e molti dati.

L'enfasi del report e' sulla commercializzazione delle tecnologie fotovoltaiche. E' l'analisi piu' completa disponibile sul mercato. L'ambito parte dall'estrazione di polisilicone, indio e telluride (con una particolare attenzione alle criticita' dell'offerta), per esaminare la catena del valore fino alle apparecchiature chiave, ai processi industriali, alla descrizione dei percorsi di sviluppo tecnologici paralleli per arrivare ai prodotti fotovoltaici e le loro. Non e' solo una descrizione sull'intera industria a livello globale ma un approfondimento di diversi livelli rispetto a business report generalisti, e non si tira indietro dal commentare verita' scomode. E' davvero ricco di spunti.

Il report si basa su 3 anni di ricerche e di impegno collettivo del team ricerche di ENF, estremamente attuale e apprezzato da eminenti esponenti dell'industria ai vari livelli della catena del valore.

Contenuti

PV Future Technologies Review	7
Introduction to the 3rd Edition	7
Part I - Economic Effects Shaping Technology Directions	8
Section Index	8
1. The Solar PV Market	8
1.1 Who are the real customers?	8
1.2 Solar powered “battery driven” products	9
1.3 Off grid solar powered applications	9
1.4 Off-grid electricity supply	9
1.5 Renewable generation of electricity for the electricity grids	10
1.6 Renewable micro-generation of electricity for the electricity grids	11
1.7 Building Integrated PV (BIPV) Market	11
2. Forces shaping the success/price of a PV technology	12
2.1 Technological Advantage v Economies of Scale	12
2.2 Strategy Rules for successfully getting new solar PV technologies to market	14
2.3 Funding Dynamics behind new technologies	15
3. The solar PV industry cost drive to grid parity	18
3.1 Cost of What?	18
3.2 Cost per Watt ($/Wp) of solar PV modules	18
3.3 Installed system cost	26
3.4 Levelized Cost of Electricity (LCOE)	28
4. Drive for Higher Efficiency	29
5. Efficiency - from Lab to Field	31
6. Do standard test conditions paint an accurate picture of “Efficiency”?	32
7. Impact of “Game Playing” on a more competitive PV industry	37
7.1 Manufacturers and Governments/Regulators	37
7.2 Manufacturers and Suppliers	38
7.3 Manufacturers and their Competitors	38
7.4 Manufactures and their Customers	39
8. The Risks of the Business - (Chaos Theory)	40
8.1 Risks facing all industries	40
8.2 Risks particular to the solar PV industry	41
8.3 Risks particular to a specific solar PV technology	42
8.4 Risks specific to the particular commercial enterprise	44
8.5 Risk Summary	45
9. What is Characterising the Solar PV Industry today	46
10. Forecasting Technology Progress over the next 5 Years	47
Part II - Review of Critical Materials	49
Section Index	49
1. General Introduction	49
2. Polysilicon	51
2.1 Introduction	51
2.2 Established Silicon Refining Technologies for polysilicon	51
2.3 Emerging Scene of Silicon Refining Technologies for polysilicon	55
2.4 Implications for the solar PV industry	60
2.5 Polysilicon Suppliers	61
3. Indium	62
3.1 General Introduction	62
3.2 Forces that will determine the market price of indium	62
3.3 Market Prices and Trends	68
3.4 Indium Suppliers	70
4. Tellurium	71
4.1 General Introduction	71
4.2 Forces Determining the Price of tellurium	71
4.3 Market Prices and trends	72
4.4 Tellurium Suppliers	73
5. Gallium	74
5.1 General Introduction	74
5.2 Forces determining the price of gallium	74
5.3 Market prices and trends	75
5.4 Gallium Suppliers	75
6. Germanium	76
6.1 General Introduction	76
6.2 Forces determining the price of germanium	76
6.3 Market prices and trends	77
6.4 Germanium Suppliers	78
7. Molybdenum	79
7.1 General introduction	79
7.2 Forces determining the price of molybdenum	79
7.3 Market Prices and trends	80
7.4 Molybdenum Suppliers	80
8. Cadmium	81
8.1 Cadmium Suppliers	81
9. Pastes	82
9.1 Metallization paste	82
9.2 Alternatives to Pastes	83
10. Glass and Alternatives to Glass	84
10.1 Glass	84
10.2 Alternatives to Glass	84
10.3 Glass Suppliers	84
11. Other Materials	85
11.1 Backsheet	85
11.2 Lamination encapsulent	85
Part III - Key machines used in the factory processes	86
Section Index	86
1. Introduction	86
2. Semiconductor deposition technologies	87
2.1 Liquid Phase Epitaxy (LPE)	87
2.2 Chemical Vapour Deposition (CVD)	87
2.3 Molecular Beam Epitaxy	92
2.4 Physical Vapour Deposition (PVD)	93
2.5 Laser Pyrolysis	95
3. Diffusion Furnaces	96
3.1 List of Diffusion Furnace Suppliers	97
4. “Printing” deposition technologies	98
4.1 Introduction	98
4.2 Screen Printing	98
4.3 Inkjet Printing	99
4.4 Spray Coating	101
4.5 Deposition of the PV active material	101
4.6 Focused Flow Extrusion (from PARC)	102
4.7 Light Induced Printing (Electroplating)	102
5. Other Deposition Processes	103
5.1 Chemical Bath Deposition	103
5.2 Ultrasonic Direct Energy Plating	103
5.3 Close Space Sublimation	103
5.4 Vapour Transport Deposition	104
6. Semiconductor Wafer Cutting	105
6.1 Saw Technology	105
6.2 Cleaving technology	106
6.3 Future Developments	106
6.4 List of Suppliers	107
7. Laser Technology	108
Part IV - Factory Processes for PV Technologies	111
Section Index	111
1. Introduction	111
2. Silicon crystalline PV technologies	112
2.1 Monocrystalline Ingot production	112
2.2 Polycrystalline Ingot Production	112
2.3 Cell production	113
2.4 Panel Production	116
3. Thin Film Production Processes	119
3.1 Production process for a-Si (amorphous silicon) solar PV cells	119
3.2 Production process for CIS/CIGS Technology solar PV cells	123
3.3 Production process for CdTe Technology solar PV cells	125
Part V - Factual Survey of PV Technologies	128
Section Index	128
Section Pre-amble:- Explanation of the organisation of this section	128
1. Monocrystalline Solar PV Technology	130
1.1 “Benchmark” Sawn Wafer Technology	130
1.2 Thinner Silicon Wafer Technology	133
1.3 Edge Defined Film-fed Growth Process (EFG)	135
1.4 String Ribbon	137
1.5 Monocrystalline - Back-Contact SunPower Technology	140
1.6 Sanyo HIT Technology	141
1.7 Suntech Pluto Technology (variant of the PERL technology)	143
1.8 n-Type Monocrystalline Silicon PV Cells	144
1.9 Monocrystalline - Silicon Sliver Cells	145
1.9 Spherical Solar Cell	147
2. Multicrystalline - Benchmark Silicon Sawn Wafer Technology	150
2.1 Benchmark Silicon Sawn Wafer Technology	150
2.2 Back-Contact EWT Technology	152
2.3 Angle Buried Contact (ABC) Cell	154
2.4 Selective Emitter Cell	155
2.5 Light Capturing Ribbon	157
3. Thin Film	160
3.1 a-Si Family (including single, tandem and triple junctions)	160
3.2 CIS Family of solar PV technology	169
3.3 Thin film - CdTe Family of solar PV Technology	180
3.4 CTZSS (Copper (Cu), Tin (Sn), Zinc (Zn), Sulfur (S), and/or Selenium (Se))	184
3.5 Crystalline Silicon on Glass (CSG)	185
3.6 FeS2 (Iron Pyrite) Solar PV Cell	188
4. Very High Performance PV Cells	190
4.1 Single and Double junction (GaAs)	190
4.2 Multi-junction (GaAs)	191
4.3 Indium, Gallium, Nitrogen (Full Spectrum)	196
4.4 Gallium Nitride/silicon tandem solar cell.	197
5. Third Generation	199
5.1 Dye Sensitised	199
5.2 Third Generation - Organic Polymer	206
5.3 Nano-technology (Quantum dots)	212
5.4 Multi-junction Nanowire PV Cells	220
5.5 List of Suppliers of Third Generation PV Technologies	221
6. Concentrator PV Technology	222
6.1 Low Concentration PV (LCPV) (Under 5 suns)	223
6.2 High Concentration PV (HCPV) (Over 5 suns and typically 500 suns)	228
6.3 Combined CPV Electricity and Direct Heating Systems	239
6.4 - List of CPV suppliers	243
Part VI Thermo PV Technology (TPV)	244
Section Index	244
1. Introduction	244
2. PV Cell Technology	245
3. Filters	245
4. System Efficiency	245
5. Cell Efficiency	245
6. Industrial Capacity	246
7. Future Research Directions	247
Part VII Innovative Solar PV Films, Cells, Panels & Designs	248
Section Index	248
1. Transparent Solar Cells	248
2. Coloured Solar PV Modules	251
3. Innovative Panel Designs (Roof Tiles and Shingles)	253
4. Combined PV Flat Panel and Thermal Water Heating	256
5. Building Integrated PV	259
6. Other Innovations	260
6.1 Light Wavelength Conversion Films and Luminescent solar concentrators	260
6.2 Light Splitting PV Receiver	261
6.3 Integrated solar power electronic circuits	262
6.4 Microscopic solar cells for attachment to fabrics	262
6.5 Solar Roads	262
7. Silexium SiC Anti-reflective coating solution	263
Part VIII - Solar PV Generated AC Energy	264
Section Index	264
Sections Pre-amble Introduction	264
1. Inverters	265
1.1 The architecture of inverters to solar PV modules	265
1.2 The Basic efficiency of Inverters	266
1.3 List of Suppliers	267
2. Charge Controllers	268
3. Mounts and Trackers	269
3.1 Fixed Mounts	269
3.2 Single-Axis Trackers and Mounts	269
3.3 Two-axis Mounts	270
3.4 Tracker Drives	270
3.5 List of Suppliers	271
4. Batteries	272
4.1 The Lead Acid Battery Evolution	272
4.2 Other types of batteries currently in use	272
4.3 Future Developments in Battery Technology	272
4.4 List of Suppliers	275
5. Other Innovations	276
5.1 Solar Panel Automated Cleaning	276
5.2 Solar PV Farm Fault Monitoring	276
Part IX - The Solar Powered Products Revolution	277
Section Index	277
1. Solar Applications Product Market	277
2. Markets	278
3. Technology	279
3.1 Solar Cells Only	279
3.2 Solar Cells Plus Motor	279
3.3 Solar Cells Plus Battery Plus Motor	280
3.4 Solar Cells Plus Battery Plus Lights	281
3.5 Solar Cells Plus Portable Electronic Device	283
3.6 Solar Cells Plus Battery Plus Portable Electronic Device	283
3.7 Solar Cells Plus Battery Plus Static Electronic Device	283
4. List of Suppliers	284
5. Discussion and Conclusion	285
Part X - Quality and Reliability of Solar PV Systems	286
Section Index	286
1. The Solar PV Quality System	286
2. Material Quality Control	287
3. Factory Testing	288
4. Quality Standards and Certification by third party testers	289
5. Feedback from the field	290
6. Research programmes to address particular issues	292
Part XI - Survey of Solar PV Research in University & Public/Private Research Laboratories	293
Section Index	293
1. Introduction	293
2. ENF survey of solar PV research	295
America - North	295
America South	312
Asia	313
Australasia	327
Europe	329
Middle-east and Africa	357
Annex - ENF Classification of Research into Solar PV Technologies	360
Part XII - Glossary of Terms used in the Solar PV Industry	361

Metodologia

Il Report ENF sulle Tecnologie future e' passato attraverso un percorso di analisi e ricerca a diversi livell che e' durato piu' di 3 anni. Ha visto il suo inizio nei primi mesi del 2007 con:

Prima Edizione del Report ENF sulle Tecnologie future (Settembre 2007) :

La prima edizione ha apportato al settore fotovoltaico una prospettiva "esterna" da parte di un eminente esparto di strategia tecnologica. Cio' ha offerto al settore nuovi spunti per affrontare una serie di tematiche. Il settore fotovoltaico era stato colpito dalla sua primi crisi – la penuria di polisilicone. ENF lancio' un progetto di ricerca di ampio respiro rivolto ad una serie di nuove tecniche di produzione di polisilicone. Questo pose le basi per l'analisi di una varieta' di percorsi di sviluppo tecnologico alternativi cui il settore fotovoltaico stava dando vita, rendendo comunque atto alla convenzionale classificazione settoriale di tecnologie di prima, seconda e terza generazione. :

Questo passo fondamentale includeva le seguenti sezioni: :

Parte I – Inquadramento dello Scenario (tematiche della commercializzazione)
Parte II – Quadro emergente delle tecniche di produzione del Silicio :
Parte III - 2007 – Ricerca sulle Tecnologie fotovoltaiche :

Allo scopo di rendere straordinariamente semplice la ricerca di informazioni, ogni tecnologia fotovoltaica seguiva la medesima struttura in termini di::

Introduzione – Definizione delle tecnologie e di intuitive pro e contro:

Competizione – Semplice elenco degli operatori attivi nel ramo tecnologico :

Celle e Pannelli – Gli standard comunemente riconosciuti :

Descrizione – Un aiuto a ricreare un'immagine dell'oggetto :

Materie prime – Elencate ove significative, es: Gallio:

Processi produttivi utilizzati – Individuazione dei processi necessari:

Fornitori – Chi fornisce I macchinari necessari, etc etc?:

Capacita'Industriale a monte della tecnologia – Stima della capacita' :

produttiva disponibile ante questo livello tecnologico Direzione di R&D – Elenco delle sfide da affrontare per la specifica tecnologia :

Un punto chiave della ricerca e' stato il chiarimento di rivendicazioni e argomentazioni che non sono affatto comuni o disponibili al grande pubblico. :

Questo passo fondamentale e' stato mantenuto e aggiornato ad ogni edizione successiva del Report ENF sulle Tecnologie future.:

Seconda Edizione del Report ENF sulle Tecnolige future (Settembre 2008) :

La seconda edizione ha esteso la portata del Rapporto sulle Tecnologie a tutta la catenda del valore, dall'estrazione delle materie prime chiave come l'indio e il tellurio all'emergente rivoluzione dei prodotti fotovoltaici. Per la prima volta l'intero settore e' stato descritto all'interno del medesimo progetto, rendendo nitido il panorama su ogni versante del settore.:

L'analisi sulle materie prime chiave ha coinciso con alcuni decisi picchi di prezzo di alcuni elementi cruciali per le tecnologie di seconda generazione (thin film). Nel corso di una approfondita analisi, un resoconto ricco di contenuti e' stato portato al pubblico. Il Rapporto vide anche l'inizio di uno studio sui processi produttivi e i macchinari piu' importanti con una particolare enfasi sulle tecnologie di deposizione.Cio' ha portato allle seguenti tematiche e struttura del rapporto:

Parte I – Inquadramento dello Scenario :
Parte II – Analisi sulle materie prime chiave:
Parte III – Processi produttivi nel settore fotovoltaico:
Parte IV – Ricerca sulle Tecnologie fotovoltaiche:
Parte V – Prodotti d'applicazione delle tecnologie fotovoltaiche::

Terza Edizione del Report ENF sulle Tecnolige future (Aprile 2010):

La terza edizione ha seguito gli stessi ambizioso obiettivi quali aggiornare le esistenti opere di ricerca e informazioni…estendendo allo stesso tempo l'ambito dell'analisi a nuove aree, includendo i sistemi fotovoltaici, TPV e qualita'/affidabilita' del fotovoltaico, finendo col dar luogo alla seguente, estesa tabella di contenuti:

Parte I – Effetti economici ed impatti sullo sviluppo tecnologico:
Parte II – Analisi sulle materie prime chiave:
Parte III – Macchinari chiave usati nei processi produttivi:
Parte IV – Processi produttivi nel settore fotovoltaico:
Parte V – Ricerca sulle Tecnologie fotovoltaiche:
Parte VI – Tecnologia Termosolare (TPV):
Parte VII – Innovazione in,Celle, Panelli, Film & Design:
Parte VIII – Energia AC generate dal settore fotovoltaico:
Parte IX – La rivoluzione dei prodotti solari:
Parte X – Qualita' e affidabilita' dei sistemi fotovoltaici:
Parte XI – Studio sulla ricerca fotovoltaica nelle Universita' & Laboratori pubblici e privati:
Parte XII – Glossario dei termini utilizzati nel settore fotovoltaico :

Insieme ad alcuni nuovi progetti d'approfondimento, inclusi quelli sui macchinari e processi industriali, abbiamo costruito un elenco di 300 dipartimenti universitari e laboratori di ricerca pubblici e privati attivi nel fotovoltaico (esclusi quelli fornitori) in piu' di 40 paesi..

La terza edizione integra web links in diverse sezioni derl Rapporto sulle Tecnologie che portano alle relative voci sul database ENF presente online …cosi' chi ha a disposizione la versione elettronica del Rapporto sulle Tecnologie future puo' muoversi liberamente da una descrizione ed analisi di una specifica tecnologia al database online con migliaia di aziende operanti ai diversi livelli del settore! In questo modo il rapporto sulle tecnologie future e' stato trasformato in uno strumento di ricerca unico per il settore. :

Lungo l'intero processo triennale abbiamo mantenuto una rigorosa disciplina nel fornire ad un'ampia varieta' di manager operanti ai diversi livelli del settore, ma anche al di fuori di esso ma interessati (per investimento, politiche…), abbastanza dettagli da comprendere qual'e' lo stato dell'arte ed abbastanza spunti da poter avere una visione completa e confrontarsi con esperti.Il rapporto riempie qullo spazio d'informazione vitale tra superficiali articoli di giornale e contenuti squisitamente tecnici.